JP2012015515A - 電流調節法、特に障害電流制限器での電流調節法 - Google Patents
電流調節法、特に障害電流制限器での電流調節法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012015515A JP2012015515A JP2011144581A JP2011144581A JP2012015515A JP 2012015515 A JP2012015515 A JP 2012015515A JP 2011144581 A JP2011144581 A JP 2011144581A JP 2011144581 A JP2011144581 A JP 2011144581A JP 2012015515 A JP2012015515 A JP 2012015515A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- secondary coil
- current
- magnetic flux
- primary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/023—Current limitation using superconducting elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F2006/001—Constructive details of inductive current limiters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
Abstract
【課題】高調波ひずみを低減させる経済的で効率的な電流調節法を提供する。
【解決手段】 − 1次コイル(2)を通して1次電流(1)を送り、クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる2次コイル(3)を、共通磁束を介して1次コイル(2)に結合し、及び、2次コイル(3)の低抵抗の超電導状態において、1次コイル(2)と2次コイル(3)の共通磁束のうちの主となる部分(8)を、強磁性媒質(5a)の内部に導く電流調節法は、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分(17)が、強磁性媒質(5a)の外部に導かれるように、クエンチするときに共通磁束を切り替えることを特徴とする。
【選択図】図1b
【解決手段】 − 1次コイル(2)を通して1次電流(1)を送り、クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる2次コイル(3)を、共通磁束を介して1次コイル(2)に結合し、及び、2次コイル(3)の低抵抗の超電導状態において、1次コイル(2)と2次コイル(3)の共通磁束のうちの主となる部分(8)を、強磁性媒質(5a)の内部に導く電流調節法は、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分(17)が、強磁性媒質(5a)の外部に導かれるように、クエンチするときに共通磁束を切り替えることを特徴とする。
【選択図】図1b
Description
本発明は、
− 1次コイルを通して1次電流を送り、
− クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、この超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる2次コイルを、共通磁束を介して1次コイルに結合し、および
− 2次コイルの低抵抗の超電導状態において、1次コイルと2次コイルの共通磁束のうちの主となる部分を、強磁性媒質の内部を通して導くこと
からなる電流調節法に関する。
− 1次コイルを通して1次電流を送り、
− クエンチする能力を有する超電導体を含み、このクエンチにより、この超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる2次コイルを、共通磁束を介して1次コイルに結合し、および
− 2次コイルの低抵抗の超電導状態において、1次コイルと2次コイルの共通磁束のうちの主となる部分を、強磁性媒質の内部を通して導くこと
からなる電流調節法に関する。
このような方法は、独国特許出願公開第195 24 579 A1号明細書から知られている。
本発明は電流調節法に関し、特に、送配電網用の発電、送電および配電の分野や、障害電流からの機器の保護の分野での電流調節法に関する。
発電、送電および配電においては電流調節が必要である。障害電流(例えば短絡された電流)の電流制限とみなされる電流調節は、過電流から電気機器を保護することを可能にするだけでなく、既に使用可能な機器を、より高いレベルで送られた電力で利用することをも可能にする。
電流調節は一般に、多くの方法によって、例えば磁気飽和法(飽和リアクタ)、機械的に切り替える方法、(固体スイッチに基づいて)電子的に切り替える方法などを使用して、実現することができる。最近開発された電流調節法は、超電導体の低抵抗(超電導)状態から高抵抗(クエンチされた)状態への遷移に基づいており、中電圧および高電圧の高電流の調節を可能にする。この超電導体の遷移を使用する最も経済的な電流調節法、特に、電力損失および極低温電力消費に関して最も経済的な電流調節法は、調節しようとする回路電流を超電導体と誘導結合させることに基づく。この方法では、周囲温度の領域と極低温の領域とを接続する電流リードが不要であり、超電導体(一般に短絡された超電導コイル)を完全にカプセル封入することができ、そのため、断熱が単純かつ効率的になる。後にこの分野において、障害電流を制限することを目的としたいくつかの電流調節法が開発された。
特許文献1は、調節しようとする回路電流(1次電流)を1次コイルを通して送り、この第1のコイルに、1次コイルの半径方向内側に配置された超電導材料でできた2次コイルを、共通磁束を介して結合させる電流調節法を開示している。2次コイルの低抵抗(超電導)状態と高抵抗(クエンチされた)状態の両方において、共通磁束は空気中を通して導かれる。この方法により、小さな電流調節効果、より具体的には小さな電流制限効果を奏することができる。
より程度が良好な電流調節は、強磁性媒質の内部を通して磁束を導いたときに達成された。特許文献2に記載された方法を比較されたい。この方法では、回路電流(1次電流)を1次コイルを通して送り、この第1のコイルに、1次コイルの半径方向外側に配置された超電導材料でできた2次コイルを、共通磁束を介して結合する。2次コイルの高抵抗(クエンチされた)状態と低抵抗(超電導)状態の両方において、共通磁束は、強磁性変圧器のコアの内部を通して導かれる。しかしながら、この電流調節法により、2次コイルの高抵抗状態において1次電流に重大な高調波ひずみが生じる。この全高調波ひずみは20ないし30%をたやすく超えることもある。この高調波ひずみは、1次電流が供給されている送配電網および電気機器の安全性に対する重大な脅威となる。
本発明の目的は、高調波ひずみを低減させる経済的で効率的な電流調節法を提供することにある。
本発明によれば、この目的は、冒頭に紹介した方法であって、
− 超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分が、強磁性媒質の外部に導かれるように、クエンチするとき共通磁束を切り替えること
を特徴とする電流調節法よって達成される。
− 超電導体の高抵抗のクエンチされた状態において、共通磁束のうちの主となる部分が、強磁性媒質の外部に導かれるように、クエンチするとき共通磁束を切り替えること
を特徴とする電流調節法よって達成される。
本発明の発明者らは、強磁性媒質の外部に導かれる磁束の割合を増大させると、2次コイルのクエンチ可能な超電導体が高抵抗(クエンチされた)状態にあるときの全高調波ひずみ(THD)が急速に低下することを見出した。使用する強磁性材料とは無関係に、このTHDの低下は、共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の外部にあるときに起こる。したがって、クエンチ時に、共通磁束のうちのある割合(百分率)を、強磁性媒質に関して内部空間から外部空間へ切り替える(再分配する)と、高調波ひずみの少なくとも一部分を抑制することができる。
本発明によれば、超電導体の低抵抗(超電導)状態においては、共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の内部を通して導かれ、これにより、通常動作中、および主に通常動作モード(低抵抗状態)から高抵抗状態への遷移の初期段階中の第1のコイルと第2のコイルの良好な結合が保証されることに留意されたい。したがって、本発明の方法を実行するための機器を比較的小さく保つことができる。また、強磁性媒質はさらに、1次コイルのインダクタンスを増大させることにより、超電導体の高抵抗(クエンチされた)状態における電流制限効果を向上させる。
ここで、共通磁束とは、閉じた磁力線が、1次コイルと2次コイルの両方を通り抜けることを意味する。ここで、主となる部分とは、50%超、好ましくは少なくとも75%を意味する(このことは、クエンチ前に強磁性媒質の内部を通る束の割合とクエンチ後に強磁性媒質の外部を通る束の割合の両方に適用可能であり、これらの2つの束の割合は互いに独立であることができ、一般に異なる値を有することができることに留意されたい)。この磁束は、面積Aにわたって磁束密度B(μ0×μ×Hにより導出される)を積分することによって計算することができる。ここで、μ0およびμはそれぞれ絶対透磁率および比透磁率を表す。
ここでは、比透磁率μ(非飽和の場合)が1.1以上、好ましくは100以上の場合に、媒質は強磁性とみなされる(一般に、一般的な鉄材料の比透磁率は1000程度、またはそれ以上である)。強磁性媒質の外側には、真空、気体(例えば空気)、非磁性液体(例えば液体窒素)、非磁性固体(例えば黄銅、非磁性ステンレス鋼など)などの、一般に0.99から1.01までの間の比透磁率を有する非磁性媒質が置かれる。
クエンチするときの切替えは、強磁性媒質の内部を通して導かれる共通磁束の割合(百分率)を、(全共通束に関して)少なくとも25%、好ましくは少なくとも50%、最も好ましくは少なくとも75%引き下げることを含む。言い換えると、非磁性媒質に導かれる共通磁束の割合(百分率)を増大させる(クエンチするときに全共通磁束は増大することに留意されたい)。その結果、クエンチ後、1次コイルと2次コイルの共通磁束のうちの主となる部分が強磁性媒質の外側へ導かれる。
本発明の好ましい変型実施形態
本発明の方法の有利な変型実施形態は、
− 2次コイルの低抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させず、
− 2次コイルの高抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させる
ことを特徴とする。低抵抗状態において強磁性媒質を飽和させないことによって、1次コイルと2次コイルの良好な結合を確立することができる。ここで、飽和していないという表現は、強磁性媒質が平均して不飽和であり、場合により、局所的な磁気効果(縁領域、コーナーなど)によって飽和される可能性がある領域が非常に小さい(例えば<1体積%)ことを意味する。高抵抗状態において強磁性媒質を飽和させると、クエンチするときに、共通束のうちの相当な割合を強磁性媒質の外部へ切り替えることが容易になる。
本発明の好ましい変型実施形態
本発明の方法の有利な変型実施形態は、
− 2次コイルの低抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させず、
− 2次コイルの高抵抗状態では、強磁性媒質を飽和させる
ことを特徴とする。低抵抗状態において強磁性媒質を飽和させないことによって、1次コイルと2次コイルの良好な結合を確立することができる。ここで、飽和していないという表現は、強磁性媒質が平均して不飽和であり、場合により、局所的な磁気効果(縁領域、コーナーなど)によって飽和される可能性がある領域が非常に小さい(例えば<1体積%)ことを意味する。高抵抗状態において強磁性媒質を飽和させると、クエンチするときに、共通束のうちの相当な割合を強磁性媒質の外部へ切り替えることが容易になる。
他の好ましい変型実施形態では、2次コイルの低抵抗状態における全共通磁束(非平衡束)が、2次コイルの高抵抗状態において強磁性媒質の外部に導かれる共通磁束よりも小さい。したがって、高調波ひずみが低減した良好な電流制限効果を達成することができる。
1次電流が、
− 交流電流、
− または、直流電流が重ね合せられた交流電流
である変型実施形態も好ましい。一般に、この交流電流は正弦型である。このような1次電流(回路電流)は、本発明の方法によって容易に調節することができる。
− 交流電流、
− または、直流電流が重ね合せられた交流電流
である変型実施形態も好ましい。一般に、この交流電流は正弦型である。このような1次電流(回路電流)は、本発明の方法によって容易に調節することができる。
有利な一変型実施形態は、1次コイルおよび/または2次コイルの内側の冷却剤を強磁性媒質の外側に配置することを特徴とする。この冷却剤は、超電導体(特に臨界温度が40K以上、好ましくは85K以上のHTS材料を含む超電導体)を冷却することを目的とする。一般に、1次コイルおよび/または2次コイルの内側の空間は、冷却剤で部分的にしか満たされない。冷却剤は、クライオスタット、トロイダルデュワーなどの容器内に配置することができる。この容器内に2次コイルを配置することが可能である。冷却剤は例えばLN2またはLHe2またはLNe2とすることできる。この容器は、構造をよりコンパクトにし、補充と補充の間の動作時間をより長くすることを可能にする。コイルの外側で冷却剤を使用し、これらの冷却剤へ金属熱結合を適用する方法、直接冷却(特に高温超電導体が使用されるとき)など、2次コイルを冷却する別の方法を使用することもできることに留意すべきである。
2次コイルの高抵抗状態において2次コイルに誘導される2次電流の電流量の絶対値が、1次電流の電流量の絶対値に1次コイルの巻線の数を掛けたものの1/100以上、好ましく1/50以上である他の変型実施形態も好ましい。この場合、2次コイルによって抵抗損失が導入されるため、2次コイルは、電流制限/調節効果にさらに寄与することができる。共通磁束のある種の抑制にもかかわらず、全体として非常に好ましい効果が維持される。
特に上記の本発明の方法を実行するのに適し、
− 1次コイルと、
− クエンチする能力を有する超電導体を含む2次コイルと、
− 1次コイルと2次コイルの両方を貫いて延びる強磁性媒質のコアと
を備える障害電流制限器であって、
コア、1次コイルおよび2次コイルが、クエンチするときに、1次コイルと2次コイルの共通磁束のうちの相当な割合を、コアの内側からコアの外側へ切り替える能力を有する
ことを特徴とする障害電流制限器も、本発明の範囲に含まれる。本発明の障害電流制限器によって、中電圧または高電圧の高電流を、わずかな労力で制御することができ、高抵抗(クエンチされた)状態において高調波ひずみが導入されない。コア、1次コイル(特にその配置)および2次コイル(特にその配置)は、2次コイルがクエンチするときに共通磁束の切替えが達成されるように設計される。ここで、相当な割合を切り替えるという表現は、超電導体の低抵抗の超電導状態において強磁性媒質の内部を通して導かれる共通磁束の割合(百分率)が、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態よりも(全共通磁束に関して)少なくとも25%、好ましくは少なくとも50%、最も好ましくは少なくとも75%高いことを意味する。
− 1次コイルと、
− クエンチする能力を有する超電導体を含む2次コイルと、
− 1次コイルと2次コイルの両方を貫いて延びる強磁性媒質のコアと
を備える障害電流制限器であって、
コア、1次コイルおよび2次コイルが、クエンチするときに、1次コイルと2次コイルの共通磁束のうちの相当な割合を、コアの内側からコアの外側へ切り替える能力を有する
ことを特徴とする障害電流制限器も、本発明の範囲に含まれる。本発明の障害電流制限器によって、中電圧または高電圧の高電流を、わずかな労力で制御することができ、高抵抗(クエンチされた)状態において高調波ひずみが導入されない。コア、1次コイル(特にその配置)および2次コイル(特にその配置)は、2次コイルがクエンチするときに共通磁束の切替えが達成されるように設計される。ここで、相当な割合を切り替えるという表現は、超電導体の低抵抗の超電導状態において強磁性媒質の内部を通して導かれる共通磁束の割合(百分率)が、超電導体の高抵抗のクエンチされた状態よりも(全共通磁束に関して)少なくとも25%、好ましくは少なくとも50%、最も好ましくは少なくとも75%高いことを意味する。
本発明の障害電流制限器の好ましい一実施形態では、1次コイルの断面の過半数および2次コイルの断面の過半数が、強磁性媒質で満たされていない。このことは、共通磁束のうちの相当な割合をコアの外部へ切り替えることを容易にする。ここで、断面の過半数とは、50%超、好ましくは75%以上であり、本発明によれば90%以上とすることも可能である。磁性(強磁性)コアは一般に、1次コイルおよび2次コイルの断面積の、2%から40%、好ましくは3%から30%、最も好ましくは5%から20%を占める。この断面積に関する百分率は一般に、コイル内部の体積の百分率にも当てはまることに留意されたい。
コアが閉じた形状を有する実施形態も好ましい。こうすると漂遊磁界が低減する。
また、コアが開いた形状を有し、特に、1次コイルと2次コイルが同軸に配置される実施形態も好ましい。開いた形状にすると、強磁性材料がより少なくてすむ。ここで、「同軸に」は、これらのコイルが共通の回転対称軸を有することを意味し(コイルの断面は円形とすることができるが、円形である必要は必ずしもなく、例えば4つ折軸を有する矩形〜方形とすることもできることに留意されたい)、一般に、一方のコイルの内側にもう一方のコイルが置かれる(一般に2次コイルが内側のコイルとして配置される)。さらに、コイルは、軸方向にずらさずに配置される(すなわち一方のコイルの上方にもう一方のコイルが配置されない)ことが好ましい。
他の有利な実施形態では、2次コイルが、1回巻きの短絡されたコイルである。このような2次コイルは製造が特に単純である。
この実施形態の他の好ましい発展実施形態では、この1回巻きの短絡されたコイルが、互いに結合された多数の環を備える。複数の環を使用することにより、2次コイルの絶対臨界電流を定格値に調整することができる。この結合は、共通磁束を介して、または/かつガルバニックに(すなわち電気的に)実施される。
障害電流制限器がさらに、遮蔽渦電流を維持するための第3のコイルを含み、特に、この第3のコイルが、常電導性の1回巻きの短絡されたコイルである実施形態も好ましい。このコイルは、調節されまたは制限された電流を定格値に適合させ、そして、公称電流と調節された電流の必要な比(「調節」率または「制限」率)とすることを可能にする。この第3のコイルが1回巻き型である場合には、製造が特に単純になる。1回巻き型の第3のコイルは、互いに結合された多数の環、特に、共通磁束を介して、または/かつガルバニックに(すなわち電気的に)結合された多数の環を備えることができることに留意されたい。
他の有利な実施形態では、2次コイルが、高温超電導体(HTS)、好ましくは被覆導体型の高温超電導体を含む。したがって、第2のコイルの超電導体を冷却するコストを低く保つことができる。この高温超電導体の臨界温度Tcは一般に40K超、好ましくは85K超である。HTS材料として、YBCO材料を使用することができる。
上記の本発明の方法において、上記の本発明の障害電流制限器を使用することも、本発明の範囲に含まれる。
この説明および添付の図面から、追加の利点を抽出することができる。上記の諸特徴および後述する諸特徴を、本発明に従って、個別に、または任意の組合せでひとまとめにして使用することができる。記載された実施形態を、網羅的な列挙として理解するべきではなく、本発明を説明するための例示としての性格を有する。
本発明は図面に示されている。
図1aは、本発明の電流調節法を実施する目的に使用することができる本発明の障害電流制限器20を示す。
障害電流制限器20は、1次電流(または回路電流)1を運ぶ(送る)1次コイル2と、2次電流4を運ぶ(すなわち送る)2次コイル3と、強磁性媒質5aのコア5とを備える。
この例では、1次コイル2が、複数の巻線を備え(図1aには5つの巻線が示されている)、2次コイル3が、1回巻きの短絡されたタイプのコイルである。2次コイル3は、2次コイル3内の2次電流4が、低抵抗状態(図1aに示された状態)では超電導電流経路上を流れることができるか、または高抵抗(クエンチされた)状態では常電導電流経路上を流れることができるように、クエンチ可能な超電導体を含む。2次コイルを超電導体の臨界温度Tcまで(またはTcよりも低い温度まで)冷却するため、2次コイル3は一般に、極低温流体、例えば液体窒素で満たされた容器(単純にするためこの図には示されていない)の中に配置される。
2次コイル3(またはその2次電流4それぞれ)は、1次コイル2(またはその1次電流1それぞれ)に、磁束の共通部分(「共通磁束」)を介して誘導結合される。破線の磁力線を比較されたい。1次電流1は、1次コイル2の内側と外側の両方に磁束密度を生じさせる。この磁束のうち、1次コイル2の内側にあり、かつ2次コイル3の内側にある部分は、共通部分とみなされる。1次コイル2と2次コイル3は同軸に配置され、図1aではこの対応する軸が垂直に延びている。
コア5は、強磁性媒質(強磁性材料)、一般に鉄、好ましくは軟鉄でできており、磁気的に閉じていてもよく、または磁気的に開いていてもよい(図1aではコアを破断表示している)。コア5の周囲であって2次コイル3の内側にある残りの空間は、非磁性媒質、ここでは空気で満たされている。図示の例では、コア5が、2次コイル3の(縦軸に垂直な)断面積の約5%を占めている。
(図1aに示されている)通常動作では、2次コイル3の超電導体のクエンチを引き起こすしきい値よりも1次電流1(回路電流)が小さいとき(すなわち超電導体が低抵抗の超電導状態にあるとき)に、超電導体が、2次コイル3の内部体積10を遮蔽(シールド)する。次いで、ごくわずかな磁束だけがこの内部体積10に侵入する(破線の磁力線を参照されたい)。この侵入磁束(共通磁束)のうち主となる部分8(ここでは約90%)が、強磁性媒質5aの内部に、すなわち強磁性コア5を通るように導かれる。この方法では、強磁性媒質5aが磁気的に飽和されておらず、したがって比較的に高い透磁率(例えば100から4000、またはそれ以上)を示すことがある。共通磁束のうちの主ではない部分7(ここでは約10%)は、強磁性媒質5aの外部に導かれる。しかしながら、この状態において、「漏れ」インダクタンスの原因となる侵入磁束は、(シールドされていない状態(下記参照)の侵入磁束に比べて)かなり小さい。漏れインダクタンスのある部分は、1次コイル2と2次コイル3の間に生じる磁束9に由来する。これらの束7、8の和は時に「非平衡束」と呼ばれる。
(図1bに示されている)障害電流動作では、1次電流(回路電流)1が、クエンチしきい値よりも大きい2次電流4を第2のコイル3内に生じさせる(すなわち超電導体が高抵抗状態へ急速に移行する)。その結果、クエンチされた超電導体は、2次コイル3の内部体積10を磁束に対してそれ以上(または少なくとも完全には)遮蔽(シールド)しない。磁束の多くは、この内部体積10内を通り始め(破線の磁力線を参照されたい)、束の割合の再分配(または言い換えると再切替え)を引き起こす。この時点で、侵入磁束のうちの主となる部分17(ここでは約70%)が、強磁性媒質5aの外部に導かれ、束のうちの主ではない部分18(ここでは約30%)は依然として強磁性媒質5aの内部に導かれる。これらの条件下で強磁性媒質5aは飽和する。
図示の例では、強磁性媒質5aの内部に導かれる共通磁束の割合が、クエンチするときに、(対応するそれぞれの全共通束に関して)約90%から約30%に低下し、このことは、共通磁束の約(90−30)%=60%が、強磁性媒質5aの内部から、強磁性媒質5aの外部へ切り替えられたことを意味する。
一般に、クエンチ可能な超電導体が高抵抗状態にあるときに現れる磁束のうちの主となる部分17は、クエンチ可能な超電導体が低抵抗状態にあるときに現れる非平衡束(束割合7と8の和)を絶対的に上回る。
この絶対磁束全体の増加(束7と8の和と比較した束17と18の和)がかなり大きいため、1次コイル2のインダクタンスが増大し、その結果、1次電流1が受けるインピーダンスが増大する。これにより、1次電流(回路電流)1の調節が開始する。さらに、クエンチ可能な超電導体が高抵抗状態にあるときには、第2のコイル3に、相当な2次電流4が誘導され、これが1次コイル2のインピーダンスにさらに寄与する。この電流4は主に、クエンチ可能な超電導体に取り付けられた分路の導電率に基づく。
強磁性媒質5aが磁気的に飽和すると、透磁率は実質的に、時間/磁界に依存するようになる。このことが、1次コイル2に供給される電圧の正弦サイクル中に非線形性を生じさせることがあり、その結果、潜在的に高調波が生成される可能性があり、最終的に、1次電流1の正弦波の全高調波ひずみがかなり大きくなる可能性がある。
最も一般的には、THDは、基本周波数よりも高い全ての高調波周波数の電力の和と基本的周波数の電力の比として定義される。
本発明により、束の割合の再切替えが適正に実行されたときには、THDを十分に低いレベルに維持することできる。本発明の束の割合の切替えを用いると、強磁性媒質が一般に飽和したときに、超電導体の高抵抗状態において強磁性媒質の内部に導かれる共通磁束の寄与が制限される。したがって、飽和した強磁性媒質によって導入される非線形性も制限される。その代わりに、共通磁束は、大半が、強磁性媒質の外部、すなわち非磁性媒質に由来し、そこでは、非線形性効果によって共通磁束が劣化しない。したがって、障害電流動作において、1次電流の高調波ひずみがより小さくなる。したがって、送配電網および1次コイルに取り付けられた電気機器が直面する、比較的低い電流強度であっても非常に危険である高い周波数のピークがより低くなる。
図2は、2次コイルの超電導体の高抵抗状態において、磁性媒質の外部に導かれる共通磁束の割合frをさまざまに変えたときの(図1a、1bに示した障害電流制限器と同等の)障害電流制限器内における1次電流の全高調波ひずみ(THD)値を示す。この図から、この例では、磁性媒質の外部に導かれる磁束の割合frが約65%以上であるときにTHDが低下することが分かる。この計算され、実験によって確かめられた例では、巻数N=40、長さ0.5m、半径20cmの1次コイルに対して、U0=5000Vおよび周波数50Hzの正弦波電圧を選択し、さらに、1次コイルの直列抵抗を0.2Ωとし、さらに、Siをドープした変圧器鋼でできた円形の鉄コアを使用した。鉄コア内の渦電流は、通常動作モードと電流調節モードのいずれにおいても無視できるものであることが分かった。
図3は、図1aに示した障害電流制限器と同等の障害電流制限器について、2次コイルが高抵抗状態にあるときの1次コイルの電圧V(正弦形、破線)および結果として生じる1次コイルの1次電流Aを、時間tの関数として示しており、磁性媒質の外部に導かれる共通磁束の割合frは0%(太実線)および90%(細実線)であり、電圧Vおよび1次電流Aの単位はいずれも任意の単位(a.u.)である。どちらの場合も、電流Aは、電圧Vに比べ、約1/4繰返し周期だけ移相されている。fr=0%に対する1次電流は、ゼロ交差付近の領域で水平に推移しており、このことは重大な高調波ひずみがあることを示している。fr=90%に対する1次電流は、ゼロ交差のところに水平の推移を示さず、正弦型の繰返し周期全体にわたって非常に良好な近似をなしており、このことは、重大な高調波ひずみがないことを示している。
図4aは、強磁性材料5aの閉じた環状コア5を備える本発明の障害電流制限器20の一実施形態の垂直断面を示す。コア5は、8つの巻線を有する1次コイル2および短絡された1回巻き型の同軸に配置された2次コイル3の中心を貫いて延びており、2次コイル3は、極低温流体で満たされた容器21の中に配置されている。図4bは、図4aの障害電流制限器の線Bで切った水平断面を示す。2次コイル3の断面積の約20%がコア5によって占められている。
図5aは、図4aに示した障害電流制限器によく似ているが、開いた棒状のコア5を備える点が異なる、本発明の障害電流制限器20の一実施形態の垂直断面を示す。また、図5aの線Bで切った水平断面を示す。図5bから分かるように、この障害電流制限器は、水平面の形状が長円形である。
1 1次電流
2 1次コイル
3 2次コイル
4 2次電流
5 コア
5a 強磁性媒質
7 共通磁束のうちの主ではない部分
8 共通磁束のうちの主となる部分
9 1次コイルと2次コイルの間を通る磁束
10 内部体積
17 共通磁束のうちの主となる部分
18 共通磁束のうちの主ではない部分
20 障害電流制限器
21 容器
2 1次コイル
3 2次コイル
4 2次電流
5 コア
5a 強磁性媒質
7 共通磁束のうちの主ではない部分
8 共通磁束のうちの主となる部分
9 1次コイルと2次コイルの間を通る磁束
10 内部体積
17 共通磁束のうちの主となる部分
18 共通磁束のうちの主ではない部分
20 障害電流制限器
21 容器
Claims (15)
- − 1次コイル(2)を通して1次電流(1)を送り、
− クエンチする能力を有する超電導体を含み、前記クエンチが、前記超電導体を、低抵抗の超電導状態から高抵抗のクエンチされた状態へ遷移させる2次コイル(3)を、共通磁束を介して前記1次コイル(2)に結合し、および
− 前記2次コイル(3)の前記低抵抗の超電導状態において、前記1次コイル(2)と前記2次コイル(3)の前記共通磁束のうちの主となる部分(8)を、強磁性媒質(5a)の内部に導く
電流調節法において、
− 前記超電導体の前記高抵抗のクエンチされた状態において、前記共通磁束のうちの主となる部分(17)が、前記強磁性媒質(5a)の外部に導かれるように、クエンチするとき前記共通磁束を切り替える
ことを特徴とする電流調節法。 - − 前記2次コイル(3)の前記低抵抗状態では、前記強磁性媒質(5a)を飽和させず、
− 前記2次コイル(3)の前記高抵抗状態では、前記強磁性媒質(5a)を飽和させる
ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記2次コイル(3)の前記低抵抗状態における全共通磁束が、前記2次コイル(3)の前記高抵抗状態において前記強磁性媒質(5a)の外部に導かれる前記共通磁束よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 前記1次電流(1)が、
− 交流電流、
− または、直流電流が重ね合せられた交流電流である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法。 - 前記1次コイル(2)および/または前記2次コイル(3)の内側であって前記強磁性媒質(5a)の外側に冷却剤を配置することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記2次コイル(3)の前記高抵抗状態において前記2次コイル(3)に誘導される2次電流(4)の電流量の絶対値が、前記1次電流(1)の電流量の絶対値に前記1次コイル(2)の巻線の数(N)を掛けたものの1/100以上、好ましくは1/50以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 特に請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法を実行するのに適し、
− 1次コイル(2)と、
− クエンチする能力を有する超電導体を含む2次コイル(3)と、
− 前記1次コイル(2)と前記2次コイル(3)の両方を貫いて延びる強磁性媒質(5a)のコア(5)と
を備える障害電流制限器(20)において、
前記コア(5)、前記1次コイル(2)および前記2次コイル(3)が、クエンチするときに、前記1次コイル(2)と前記2次コイル(3)の共通磁束のうちの相当な割合を、前記コア(5)の内側から前記コア(5)の外側へ切り替える能力を有する
ことを特徴とする障害電流制限器(20)。 - 前記1次コイル(2)の断面の過半数および前記2次コイル(3)の断面の過半数が、強磁性媒質(5a)で満たされていないことを特徴とする請求項7記載の障害電流制限器(20)。
- 前記コア(5)が閉じた形状を有することを特徴とする請求項7又は8記載の障害電流制限器(20)。
- 前記コア(5)が開いた形状を有し、
特に、前記1次コイル(2)と前記2次コイル(3)が同軸に配置されている
ことを特徴とする請求項7又は8記載の障害電流制限器(20)。 - 前記2次コイル(3)が、1回巻きの短絡されたコイルであることを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の障害電流制限器(20)。
- 前記1回巻きの短絡されたコイルが、互いに結合された多数の環を備えることを特徴とする請求項11記載の障害電流制限器(20)。
- 遮蔽渦電流を維持するための第3のコイルをさら含み、
特に、前記第3のコイルが、常電導性の1回巻きの短絡されたコイルである
ことを特徴とする請求項7乃至12のいずれか1項に記載の障害電流制限器(20)。 - 前記2次コイル(3)が、高温超電導体、好ましくは被覆導体型の高温超電導体を含むことを特徴とする請求項7乃至13のいずれか1項に記載の障害電流制限器(20)。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法における請求項7乃至14のいずれか1項に記載の障害電流制限器(20)の使用。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP10168256.5 | 2010-07-02 | ||
EP10168256.5A EP2402961B1 (en) | 2010-07-02 | 2010-07-02 | Method for current conditioning, in particular in a fault current limiter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012015515A true JP2012015515A (ja) | 2012-01-19 |
Family
ID=42938183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011144581A Withdrawn JP2012015515A (ja) | 2010-07-02 | 2011-06-29 | 電流調節法、特に障害電流制限器での電流調節法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8411401B2 (ja) |
EP (1) | EP2402961B1 (ja) |
JP (1) | JP2012015515A (ja) |
CN (1) | CN102376411B (ja) |
ES (1) | ES2444789T3 (ja) |
RU (1) | RU2494486C2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102623158A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-08-01 | 华中科技大学 | 一种超导可控电抗器 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2472618A1 (en) * | 2011-01-03 | 2012-07-04 | Nexans | Superconducting resistive fault current limiter |
ES2558313T3 (es) * | 2012-06-06 | 2016-02-03 | Bruker Hts Gmbh | Dispositivo superconductor sin un sistema de derivación externo, en particular con una forma de anillo |
DE102012218261B3 (de) | 2012-10-05 | 2013-11-14 | Bruker Hts Gmbh | Induktiver Fehlerstrombegrenzer mit geteilter Primärspulenanordnung |
DE102012218260B3 (de) * | 2012-10-05 | 2013-12-05 | Bruker Hts Gmbh | Induktiver Fehlerstrombegrenzer mit geteilter Sekundärspulenanordnung |
US9240681B2 (en) | 2012-12-27 | 2016-01-19 | General Electric Company | Superconducting coil system and methods of assembling the same |
DE102016223022A1 (de) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Induktiver Strombegrenzer für Gleichstromanwendungen |
FR3076060B1 (fr) | 2017-12-22 | 2024-04-26 | Inst Supergrid | Dipole limiteur de courant a supraconducteur, comportant au moins quatre cables supraconducteurs |
WO2019158180A1 (de) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung zum begrenzen des elektrischen stroms |
WO2020079238A1 (en) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | Koninklijke Philips N.V. | Fast quench protection for low copper to superconducting wire coils |
DE102018221322A1 (de) * | 2018-12-10 | 2020-06-10 | Bruker Switzerland Ag | Verfahren zum Laden einer HTS-Shim-Vorrichtung und Magnetanordnung |
CN111863373B (zh) * | 2019-04-24 | 2022-03-11 | 中国航天科工飞航技术研究院(中国航天海鹰机电技术研究院) | 具有电磁保护部件的超导磁体 |
WO2023250457A2 (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-28 | Infinity Physics, Llc | Superconducting power devices |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0353449A1 (de) * | 1988-08-02 | 1990-02-07 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur induktiven Strombegrenzung eines Wechselstromes unter Ausnutzungder Supraleitfähigkeit Supraleiters |
JPH0731053A (ja) * | 1993-07-06 | 1995-01-31 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁束ジャンプ型限流器用部材およびその製造方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04112620A (ja) | 1990-08-30 | 1992-04-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 限流器 |
GB2297432A (en) * | 1995-01-28 | 1996-07-31 | Gec Alsthom Ltd | Superconductive fault current limiters |
DE19524579C2 (de) | 1995-07-06 | 1997-12-18 | Daimler Benz Ag | Transformator als Strombegrenzer |
DE19628358C1 (de) | 1996-07-13 | 1998-01-22 | Karlsruhe Forschzent | Supraleitender Kurzschlußstrombegrenzer |
CN1211802A (zh) * | 1997-09-18 | 1999-03-24 | 朱柏 | 具有阻尼线圈的超导限流装置 |
KR100285600B1 (ko) * | 1998-10-20 | 2001-04-02 | 주백 | 댐핑 요소가 부착된 초전도 한류기기 |
CN100385762C (zh) * | 2005-12-06 | 2008-04-30 | 电子科技大学 | 复合高温超导电力故障电流限流器 |
EP1830446B1 (en) * | 2006-01-13 | 2008-12-10 | European High Temperature Superconductors GmbH & Co. KG | Electrical device for current conditioning |
KR100776419B1 (ko) * | 2006-05-04 | 2007-11-16 | 조선대학교산학협력단 | 켄치특성 개선용 자속구속형 초전도 전류제한기 |
KR100886194B1 (ko) * | 2007-06-08 | 2009-02-27 | 한국전기연구원 | 계통 연계형 고압 권선형 유도 발전기 제어 장치 |
JP5424623B2 (ja) * | 2008-01-21 | 2014-02-26 | キヤノン株式会社 | 樹脂組成物およびそれにより成形された光学素子、回折光学素子及び積層型回折光学素子 |
WO2009095930A1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-06 | Deo Prafulla | An electromagnetic current limiter device |
-
2010
- 2010-07-02 ES ES10168256.5T patent/ES2444789T3/es active Active
- 2010-07-02 EP EP10168256.5A patent/EP2402961B1/en not_active Not-in-force
- 2010-09-15 US US12/923,322 patent/US8411401B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-06-29 JP JP2011144581A patent/JP2012015515A/ja not_active Withdrawn
- 2011-07-01 RU RU2011127168/07A patent/RU2494486C2/ru active
- 2011-07-01 CN CN201110219792.8A patent/CN102376411B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0353449A1 (de) * | 1988-08-02 | 1990-02-07 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur induktiven Strombegrenzung eines Wechselstromes unter Ausnutzungder Supraleitfähigkeit Supraleiters |
JPH02105402A (ja) * | 1988-08-02 | 1990-04-18 | Asea Brown Boveri Ag | セラミック高温超伝導体の超伝導性を用いた交流の誘導電流制限装置 |
JPH0731053A (ja) * | 1993-07-06 | 1995-01-31 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁束ジャンプ型限流器用部材およびその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6013004905; 大西利只(外4名): '磁気遮蔽型超伝導限流器' 電気学会静止器研究会資料 , 1991, 111-117 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102623158A (zh) * | 2012-03-08 | 2012-08-01 | 华中科技大学 | 一种超导可控电抗器 |
CN102623158B (zh) * | 2012-03-08 | 2014-07-23 | 华中科技大学 | 一种超导可控电抗器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011127168A (ru) | 2013-01-10 |
ES2444789T3 (es) | 2014-02-26 |
EP2402961B1 (en) | 2013-12-04 |
US20120002336A1 (en) | 2012-01-05 |
CN102376411A (zh) | 2012-03-14 |
EP2402961A1 (en) | 2012-01-04 |
US8411401B2 (en) | 2013-04-02 |
RU2494486C2 (ru) | 2013-09-27 |
CN102376411B (zh) | 2015-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2012015515A (ja) | 電流調節法、特に障害電流制限器での電流調節法 | |
US20020018327A1 (en) | Multi-winding fault-current limiter coil with flux shaper and cooling for use in an electrical power transmission/distribution application | |
Eladawy et al. | A novel five-leg design for performance improvement of three-phase presaturated core fault-current limiter | |
KR20190094457A (ko) | 초전도자석에서의 퀸칭 보호 | |
Qiu et al. | Winding design and electromagnetic analysis for a 1250-kVA HTS transformer | |
Ko et al. | Analysis on magnetizing characteristics due to peak fault current limiting operation of a modified flux-lock-type SFCL with two magnetic paths | |
Li et al. | Research on the parameter matching between active SI-SFCL and DC circuit breaker in DC systems | |
KR101590922B1 (ko) | 초전도 케이블을 갖는 구조체 | |
Kondratowicz-Kucewicz et al. | The proposal of a transformer model with winding made of parallel 2G HTS tapes with transpositioners and its contact cooling system | |
Xiaoqing et al. | Using the fault current limiter with spark gap to reduce short-circuit currents | |
Choi et al. | Transient characteristics of a flux-coupling type superconducting fault current limiter according to winding direction | |
Janowski et al. | Properties comparison of superconducting fault current limiters with closed and open core | |
Hoshino et al. | Non-inductive variable reactor design and computer simulation of rectifier type superconducting fault current limiter | |
Qu et al. | Design and test of a magnetic saturation‐type fault current limiter | |
JP2010272745A (ja) | 超電導コイル及び超電導マグネット装置 | |
Rusiński | Impact of superconducting fault current limiter on the distributed energy source work | |
Niu et al. | Structure and performance characteristics of saturated iron-core superconducting fault current limiter | |
KR20120035647A (ko) | 피크전류 제한 기능을 가지는 자기결합을 이용한 초전도 한류기 | |
Lim et al. | Improvement on current limiting characteristics of a flux-lock type SFCL using EI core | |
Matsumura et al. | Fundamental performance of flux-lock type fault current limiter with two air-core coils | |
Ennis et al. | Fault current limiter-predominantly resistive behavior of a BSCCO-shielded-core reactor | |
Eladawy et al. | DC‐presaturated fault current limiter for high voltage direct current transmission systems | |
US7023673B2 (en) | Superconducting shielded core reactor with reduced AC losses | |
Lee et al. | A variation of impedance of a high-Tc superconducting fault current limiter with an open core | |
Kozak et al. | The influence of superconducting fault current limiter structure on the VI characteristic |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130205 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20130507 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130509 |